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第二节 分子的空间结构
第3课时
第二章 分子结构与性质
考点
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
杂化轨道
理论简介
01
02
甲烷分子呈正四面体形，它的4个C－H的键长相同，H－C－H的键角为109°28′。根据价键理论，甲烷的4个C－H单键都应该是σ键，然而，碳原子的4个价层原子轨道是3个相互垂直的2p轨道和1个球形的2s轨道，用它们跟4个氢原子的1s原子轨道重叠，不可能得到正四面体形的甲烷分子。
这是为什么呢？
为了解决这一矛盾，1931年由鲍林等人在价键理论的基础上提出杂化轨道理论，它实质上仍属于现代价键理论，但是它在成键能力、分子的空间构型等方面丰富和发展了现代价键理论。
莱纳斯·卡尔·鲍林
杂化轨道理论简介
杂化轨道的含义：
在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
杂化轨道理论四要点
※ 能量相近
※ 数目不变
在成键时，同一原子中能量相近的原子轨道可重新组合成杂化轨道。
形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等且杂化轨道的能量相同。
(变：轨道的成分、能量、形状、方向，使原子的成键能力增加)
杂化轨道在角度分布上比单纯的s或p轨道在某一方向上更集中，成键时根据最大重叠原理，重叠程度越大，形成的共价键越牢固。
杂化轨道理论四要点
※ 能量相近
※ 数目不变
形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数相等且杂化轨道的能量相同。
※ 成键能力增强
杂化改变原有轨道的形状和伸展方向，使原子形成的共价键更牢固。
※ 排斥力最小
杂化轨道为使相互间的排斥力最小，故在空间取最大夹角分布，不同的杂化轨道伸展方向不同但形状完全相同。
回顾所学内容，判断下列语句正误
问题1
发生轨道杂化的原子一定是中心原子(　　)
问题2
原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生，孤立的原子是不可能发生杂化的(　　)
只有能量相近的轨道才能杂化(　　)
问题3
杂化轨道能量更集中，有利于牢固成键(　　)
问题4
杂化轨道只用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对。未参与杂化的p轨道可用于形成π键(　　)
问题5
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
杂化轨道的类型
sp3杂化轨道——正四面体形
※ sp3杂化轨道是由1个ns轨道和3个np轨道杂化而成，每个sp3杂化轨道都含有1/4s和3/4p的成分，sp3杂化轨道间的夹角为109°28′，空间结构为正四面体形。如右图所示。
s
p
p
p
s
sp3杂化
sp3
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
杂化轨道的类型
sp2杂化轨道——平面三角形
※ sp2杂化轨道是由1个ns轨道和2个np轨道杂化而成，每个sp2杂化轨道都含有1/3s和2/3p的成分，sp2杂化轨道间的夹角为 120°，空间结构为平面三角形。如右图所示。
s
p
p
p
s
sp2杂化
sp2
120°
120°
p
120°
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
杂化轨道的类型
sp杂化轨道——直线形
※ sp杂化轨道是由1个ns轨道和1个np轨道杂化而成，每个sp杂化轨道都含有1/2s和1/2p的成分，sp杂化轨道间的夹角为 180°，空间结构为直线形。如右图所示。
s
p
p
p
sp杂化
sp
p
p
180°
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
当杂化轨道全部用于形成σ键时，
杂化类型 sp sp2 sp3
轨道夹角 180° 120° 109°28′
杂化轨道 示意图
实例 BeCl2 BF3 CH4
分子结 构示意图
分子空 间结构
直线形
平面三角形
正四面体形
分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，
※ 孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同。
ABn型分子 中心原子 杂化类型 中心原子 孤电子对数 空间结构 实例
AB2 sp2 1 SO2
AB3 sp3 1 NH3、PCl3、H3O＋
AB2或(B2A) 2 H2S、NH2－
V形
三角锥形
V形
判断中心原子杂化轨道类型的三种方法
方法一：根据杂化轨道数目判断
※ 杂化轨道只能用于形成σ键或者用来容纳未参与成键的孤电子对
杂化轨道数目＝价层电子对数目＝孤电子对数目＋σ键电子对数目
杂化轨道数目 2 3 4
杂化类型 sp sp2 sp3
判断中心原子杂化轨道类型的三种方法
方法二：根据杂化轨道空间分布判断
※若杂化轨道在空间的分布为正四面体，则中心原子发生sp3杂化。
※若杂化轨道在空间的分布呈平面三角形，则中心原子发生sp2杂化
※若杂化轨道在空间的分布呈直线形，则中心原子发生sp杂化
方法三：根据杂化轨道之间的夹角判断
若杂化轨道之间的夹角为109°28′，则中心原子发生sp3杂化
若杂化轨道之间的夹角为120°，则中心原子发生sp2杂化
若杂化轨道之间的夹角为180°，则中心原子发生sp杂化
有机物分子中碳原子杂化类型的判断方法：饱和碳原子均采取sp3杂化；连接双键的碳原子均采取sp2杂化；连接三键的碳原子均采取sp杂化。
物质 价层电子对数 杂化轨道数 杂化轨道类型
CO2
CH2O
CH4
SO2
NH3
H2O
例、回顾所学内容，认真填写下表：
2 2 sp
3 3 sp2
4 4 sp3
3 3 sp2
4 4 sp3
4 4 sp3
总结——分子的空间结构
预测
解释
测定
VSEPR
模型
杂化轨
道理论
分子的空间结构
光谱
现代共价键理论之一——分子轨道理论
分子轨道理论又称分子轨道法或MO法，1932年由美国化学家马利肯及德国物理学家洪特提出，是一种描述多原子分子中电子所处状态的方法。要点是：从分子的整体性来讨论分子的结构，认为原子形成分子后，电子不再属于个别的原子轨道，而是属于整个分子的分子轨道，分子轨道是多中心的；分子轨道由原子轨道组合而成，形成分子轨道时遵从能量近似原则、对称性一致(匹配)原则、最大重叠原则，即通常说的“成键三原则”；在分子中电子填充分子轨道的原则也服从能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。
F.Hund
R.S.Mulliken
电子跃迁
混杂
2p
sp2杂化轨道
2s
2p
基态
2s
2p
激发态
2p
sp2杂化轨道
1s
氢原子
1s
2px
氧原子
2py
2pz
sp2-1s
sp2-2p
2p-2p
σ键
π键
CH2O
未参与杂化的p轨道可用于形成π键
试用杂化轨道理论分析苯的杂化类型及空间结构
sp2杂化
(1) 相邻碳原子sp2杂化轨道成键，以及碳的sp2杂化轨道和氢的1s轨道成键，六个碳原子、六个氢原子在同一平面上
(2) 六个碳原子的2pz杂化轨道侧面重叠形成大π键
1、下列分子中的中心原子杂化轨道的类型相同的是( )
A. CO2与SO2 B. CH4与NH3
C. BeCl2与BF3 D. C2H2与C2H4
B
2、下列分子中的中心原子的杂化方式为sp杂化，分子的空间结构为直线形且分子中没有形成π键的是( )
A. CH≡CH B. CO2
C. BeCl2 D. BF3
C
3、回答下列问题
(1)图(a)为S8的结构，其硫原子的杂化轨道类型为______。
(2) 气态三氧化硫以单分子形式存在，其分子的空间结构为___________；固体三氧化硫中存在如图(b)所示的三聚分子，该分子中S原子的杂化轨道类型为_____。
(3) COCl2分子中所有原子均满足8电子构型，COCl2分子中σ键和π键的个数比为______，中心原子的杂化方式为_____。
sp3
平面三角形
sp3
3∶1
sp2
(4) As4O6的分子结构如图所示，其中As原子的杂化方式为_______。
(5) AlH4-中，Al原子的轨道杂化方式为______。
sp3
sp3
[2020全国Ⅰ卷] 磷酸根离子的空间构型为_____________，其中P的价层电子对数为______，杂化轨道类型为______。
正四面体形
4
sp3
[2020江苏卷] 抗坏血酸的分子结构如图所示，分子中碳原子的杂化轨道类型为____________。
sp2、sp3
[2021湖南卷] 气态SiX4分子的空间构型是____________；N-甲基咪唑
分子中碳原子的杂化轨道类型为 _____________。
正四面体形
sp2、sp3
[2021山东卷] OF2分子的空间构型为________；Xe是第五周期的稀有气体元素，与F形成的XeF2室温下易升华。XeF2中心原子的价层电子对数为______，下列对XeF2中心原子杂化方式推断合理的是_____(填标号)。A. sp B. sp2 C. sp3 D. sp3d
V形
5
D
[2021全国乙卷] PH3中P的杂化类型是__________。
sp3
[2021河北卷] 已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为______，其中P采取______杂化方式。
sp3
H O P＝O
H

H

[2021全国甲卷] SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为_______。SiCl4可发生水解反应，机理如下：
含s、p、d轨道的杂化类型有：① dsp2、② sp3d、③ sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________（填标号）。
sp3
②
[2021全国乙卷] H2O 的键角小于NH3的，分析原因_______________。
H2O和NH3均为sp3杂化，H2O有两个孤电子对，NH3有1个孤电子对，孤电子对多，斥力大，键角小。
杂化轨道
理论四要点
杂化轨道
的类型
能量相近
数目不变
sp3杂化轨道——正四面体形
sp2杂化轨道——平面三角形
sp杂化——直线形
成键能力增强
排斥力最小
杂化轨道
的含义
在外界条件影响下，原子内部能量相近的原子轨道重新组合形成新的原子轨道的过程叫做原子轨道的杂化。重新组合后的新的原子轨道，叫做杂化原子轨道，简称杂化轨道。
杂化轨道类型与分子空间结构的关系
情况一：当杂化轨道全部用于形成σ键时，分子或离子的空间结构与杂化轨道的空间结构相同
情况二：当杂化轨道中有未参与成键的孤电子对时，孤电子对对成键电子对的排斥作用，会使分子或离子的空间结构与杂化轨道的形状有所不同
第二节　
分子的空间结构
第3课时
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